變電站監控系統告警窗口優化設計方法

吳世偉，施廣德，詹成國,李靖霞，紀陵

（國電南京自動化股份有限公司，南京211153）

變電站監控系統告警窗口優化設計方法

吳世偉，施廣德，詹成國,李靖霞，紀陵

（國電南京自動化股份有限公司，南京211153）

電力系統在發生故障時會突然產生大量的告警信息，對信息系統產生沖擊。數據庫的讀寫速度已經足夠快，通信技術有了長足的發展，相行之下如何有效的顯示、分析利用好這些信息成為更迫切的問題。針對告警窗口大量密集告警信息的即時展示和故障信息的集中綜合展示問題，通過動態加載和多級緩存方法，在雪崩測試下能快速正確響應變化信息；通過故障告警信息的多維展示方法，便于排除無關信息且集中綜合展示故障信息。該優化方法，已經在多次檢測中得到驗證，并已應用于特高壓變電站的監控系統。

變電站；監控系統；告警；動態加載；多維展示

0 引言

電力系統在發生故障時會突然產生大量的告警信息，這些信息的產生有別于正常運行工況，大量集中的告警信息一方面帶來了實時展示的困難，另一方面信息序列缺乏邏輯性和條理性，不利于分析信息背后的真實狀況。因此，有效地顯示、分析利用發生故障時的告警信息就顯得很有必要。目前數據庫的讀寫速度已經足夠快，關于通信也有足夠的關注和討論，實踐發現信息實時有效展示成為“瓶頸”。雪崩測試模擬了故障時信息集中在短時內爆發產生的情形，是SCADA（數據采集與監控）系統重要測試項目[1]，為各類測試必備要求。

發現問題之一，在發生故障時，各種故障信息分散，要通過操作多個模塊才能查看到所有的故障信息。而且大量的次要信息也很容易干擾值班人員對重要信息的分析判斷。為此提出了一種將故障信息綜合到告警窗口的方法，將便于值班員調用查看。

問題之二，大量集中突發告警信息的實時展示。第三方工具QT（跨平臺C++圖形用戶界面應用程序）在電力自動化領域廣泛得到使用，用QT開發的告警窗口，試驗表明當table中達到1 000條左右信息時，其后插入新條目或刪除已有條目會很緩慢，不久就會出現問題。這個數字遠沒有達到極端情況下的大量、持續的壓力數據級別，比如30 s內8 000條告警。試驗中還發現table保有的條目數較少時，插入、刪除和刷新操作較快，無延遲感。

針對上述問題，一種方法是“繞過”：將表格分成多頁處理，缺點是定位操作不便，沒有解決統一顯示的問題。提出了基于動態加載和多級緩存的處理方法，優化了告警窗口設計，并按照雪崩測試條件進行了驗證。

1 告警系統結構

告警系統在結構上分為3個部分：告警窗口，告警服務進程，告警查詢。

（1）告警窗口任務是告警信息的展示，分層分類[2]，聲光信息提示，屏蔽過濾、用戶復歸、故障簡報等交互，以及作為告警系統的用戶界面的統一入口。

（2）告警服務進程任務是按定義規則產生告警，和底層復歸，告警匯總及智能分析等。

（3）告警查詢任務是提供歷史存儲信息的查找界面，提供各種關鍵字、層次關系以及模糊條件查找。

整個告警系統與SCADA系統的其他部分之間通過數據庫進行交互，前置接入以后信息通過實時庫機制傳遞到告警系統[3-4]。

圖1 告警結構示意

告警窗口采用多線程程序設計。分為主線程和子線程，將密集的數據處理任務放在子線程中處理，避免主線程的界面出現停止刷新或無響應卡死現象。主線程任務是接收告警和存入全局列表list receive，并將處理后的告警展示。子線程任務是處理list receive中的告警信息，并以信號槽方式通知主線程。

2 動態加載和多級緩存顯示

2.1 新處理方法的提出

圖2 多線程任務分配示意

一般人眼的視覺暫留時間為0.05~0.2 s，一屏大概40行左右，計算得知1 s內能反映800~ 200條信息。按上述周期刷新較符合自然習慣，最多顯示800條/s信息。在大于800條/s時（如10 000條/s），以人眼能接受的刷新周期則只能一次處理多于40行，僅取前40行顯示。

試驗中發現一般QT的table中維護的條目超過3 000時插入、刪除會出現問題，反之保有的數目較小情況下響應迅速。文獻[5]對嵌入式軟件中QT界面響應慢的原因作了分析，指出資源占用和工具原理局限性是根本原因。該結論與一般工作站實驗情況相符，據此提出了動態緩存和多級緩存的方法。

2.2 動態加載原理及代碼設計

動態加載方法的原理如圖3所示，先緩存需要顯示的信息再分段加載到窗口。即把大量信息緩存在內存中而不是窗口中，在對表格進行插入操作時實際處理的是“瘦身”過的表。

（1）當顯示的條目眾多，且每一個條目中包含了多種信息（如文本、圖片、控件等）時，一次性全部加載及顯示維護需要占用大量資源。反之，把大量信息條目從窗口中搬到內存中，減小了窗口的內存占用。

（2）對一張巨大的表格插入或刪除操作時，試驗表明耗時很長，這是優化的關鍵所在。

圖3 動態加載原理示意

（3）窗口內條目較少時，插入和刪除速度快，新告警能即時響應，并且滾動查看不會有延遲感。

滾動查看時逐次加載前后內容，對用戶透明。該過程中先獲知滾動條位置再映射到緩存內容的某一段，然后加載并顯示到窗口。滾動機制可通過信號槽實現，主要代碼接口如下所示：

2.3 多級緩存

多級緩存分為3級：在收到報警信息時，首先進入一級緩存，原始信息緩存；2級緩存是指處理過并進入表格的信息緩存，便于滾動查看歷史，以提高響應速度；3級緩存是指每周期刷新處理的信息緩存（“窗口”或一屏），便于優化顯示，多級緩存示意見圖4。

圖4 多級緩存示意

3 故障信息的多維展示

在發生故障時，各種故障信息分散，要通過操作多個模塊才能查看到所有的故障信息。例如要通過告警窗口查詢告警信息，通過保護設備管理工具來召喚錄波文件和查看保護定值及保護版本，通過故障錄波分析軟件來打開錄波文件進行分析；同時大量的次要信息也很容易干擾值班人員對重要信息的分析判斷。

故障信息綜合到告警窗口，將便于值班員調用查看，通過告警信息調用查看故障簡報和錄波波形，故障信息多維展示見圖5。

圖5 故障信息多維展示

多維展示的步驟：保護裝置在電網發生故障時動作，動作結束后生成一個錄波文件；將錄波文件包含的故障序號發送至一體化監控系統，然后將錄波狀態設為錄波結束；監控系統通過對比故障序號上召對應的錄波文件，將hdr文件轉換成故障信息表格；監控系統觸發告警系統產生一條包含報告按鈕的告警信息，通過點擊報告按鈕調用故障信息表格在展示窗口進行展示，并在告警窗口可查看錄波波形。

4 應用

采用QT作為開發工具[6]，在系統原平臺+應用的架構基礎上，針對告警系統，按上述方案對告警窗口軟件進行優化開發。其后進行了驗證測試，測試條件為：試驗機DELL OPTIPLEX790，WIN7 64位系統。處理器Intel Core i5-2400，CPU 3.10G，內存8 GB，告警窗優化前后對比數據見表1。

從表1中看出，優化后的告警窗克服了“卡死”無響應現象，對大密度數據能即時響應，且存量數據不會成為新數據處理的負擔。另外，新增100條與新增500條的顯示時間相當，原因是處理中門檻值的存在。

表1 告警窗優化前后對比數據

雪崩測試時，模擬8 000點變位（帶SOE），30 s發送完畢，顯示結束在發送后10 s左右。在顯示結束后，可拖動滾動條查看，對于16 000條的總量速度很快。

經過多次穩定測試和壓力測試，證明采用動態加載和多級緩存的方法，在大量突發告警信息情況下監控系統能穩定運行，按上述方法開發的告警窗口已擬應用于各特高壓變電站的監控系統。

5 結語

電力系統在發生故障時會突然產生大量的告警信息，如何有效地顯示、分析、利用好這些信息是一個開放的命題。可視化和人機工程學的研究有益于最終解決上述命題。雪崩測試即是測試信息系統在模擬的極端情況下的抗壓能力，是衡量系統的關鍵指標，反映出監控系統在發生突發故障下的性能。設計的告警窗口嘗試解決大量密集告警信息的即時展示和故障信息的集中綜合展示問題，做了些許探索。此外，文中的動態加載和多級緩存方法，適用于處理各類信息量巨大的表格，提出的優化顯示方法，已經在多次檢測試驗中得到驗證。

[1]劉東，閆紅漫，丁振華，等.SCADA主站系統集成測試技術研究[J].電網技術，2005，23（2）∶62-67.

[2]劉瑩，劉俊勇，張建明，等.電網調度中的智能告警分類[J].電力自動化設備，2009，29（12）∶48-54.

[3]劉文彪，詹成國.跨平臺SCADA圖形系統的分析與設計[J].華電技術，2008，30（8）∶20-23.

[4]鐘昀，詹成國.分布式內存數據庫在變電站自動化系統中應用[J].電力自動化設備，2007，27（3）∶116-119.

[5]高彥明，呂強，錢培德，等.試論嵌入式應用程序圖形界面刷新技術[J].計算機應用與軟件，2005，22（12）∶102-104.

[6]JASMIN BLANCHETTE，MARK SUMMERFIELD.C++ GUIProgramming with QT 4,second Edition[M].北京：電子工業出版社，2013.

（本文編輯：楊勇）

Optim ized Design M ethod of A larm W indow in Substation M onitoring System

WU Shiwei，SHIGuangde，ZHAN Chengguo，LIJingxia，JILing
（Guodian Nanjing Automation Co.，Ltd.，Nanjing 211153，China）

A large number of sudden alarm information generated from power system faults has impact on the information system.Read and write speed of database is fast enough，and communication technology has made considerable progress.Therefore,how to effectively display，analyze and use the information becomes a more instant issue.Due to the alarm window of instant display of a large number of dense information and centralized comprehensive display of fault information，by dynamic loading and multi-level bufferingmethod，the system can quickly and correctly responds to the change information in the avalanche test.Themulti-dimensional display method is easy to exclude the irrelevant information and focus on comprehensively displaying the fault information.This optimization approach has been verified in a number of tests and has been used inmonitoring system of the ultra-high voltage substation.

substation；monitoring system；alarm；dynamic loading；multi-dimensional display

TP274

B

1007-1881（2016）01-0015-04

2015-09-10

吳世偉（1982），男，碩士，工程師，從事電力自動化系統自動化方面的研究開發工作。